Shear-enhanced magnetic nanoparticle chain formation in ferrofluids

耗散颗粒动力学模拟 磁流体 剪切速率 剪切(地质) 物理 体积分数 机械 剪切流 热力学 磁场 流变学 聚合物 材料科学 核磁共振 复合材料 量子力学
作者
Yingtao Sun,Aiqin Mao,Di Bian,Yuchen Wang,Jianfeng Zhou,Zhigang Li
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:37 (8) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0284236
摘要

In this work, we propose to enhance magnetic particle (MP) chain formation in ferrofluids using shear flows. Through modified dissipative particle dynamics simulations, we study the dynamics of MP chain formation, including the mean MP chain length and the number of chains under various MP volume fractions and shear rates. It is found that shear flows greatly accelerate the formation of MP chains, especially at high volume fractions. A strong shear, however, can impede the formation of long chains. The maximum mean length of the MP chains is 182% to 324% larger than those without shear when the volume fraction of MPs changes from 5% to 30%. The effects of shear rate and volume fraction in MP chain formation are explained by calculating the diffusion coefficients of MPs and the base fluid and the energy barrier for MP chain formation. Moreover, shear flows do not significantly increase the temperature of the ferrofluid, making it an ideal method for enhancing MP chain formation.
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